<Desc/Clms Page number 1>
PROCEPE DE REALISATION D'UNE POUTRE EN BETON ARME PRECONTRAINT.
La présente invention est relative à un procédé de réalisation d'une poutre constituée d'une armature métallique pré-sollicitée enrobée dans du béton précompriméo
Les procédés connus de réalisation de poutres en béton précon- traint ont comme effet la création artificielle de tensions préalables à la mise en charge au moyen d'une traction exercée sur des fils ou des barres en aciers à haute limite élastique. Cette traction est équilibrée par une com- pression correspondante dans le béton.
Suivant une première variante principale, la traction s'exerce avant le bétonnage de la poutre. Dans ce cas, la traction doit être tempo- 'rairement équilibrée par un troisième corps, par exemple, un très solide cof- frage ou par une installation à culées. Le béton enrobe les fils pré-tendus en y adhérant. Après durcissement, les fils sont lâchés, et le béton/par l'in- termédiaire des tensions d'adhérence, les empêche de se raccourcir jusqu'à at- teindre leur longueur initiale. De ce fait, il se met en compression.
La deuxième variante principale consiste à tirer sur les fils en s'appuyant contre la poutre en béton déjà existant et durci. Dans ce cas, l'on doit réserver une place (par exemple des gaines) pour les fils, leur permet- tant de glisser librement. Etant donné que l'adhérence ne peut plus intervenir, les fils doivent être ancrés aux extrémités au moyen d'appareils spéciaux et protégés ensuite contre les agents atmosphériques, le plus souvent par enroba- ge ou injection au mortier de ciment, dans les gaines où ils passent.
La présente invention a comme objet un procédé de réalisation de poutres en béton armé précontraint qui ne présente pas les difficultés inhé- rentes aux procédés précités.
Dans le procédé suivant l'invention, on soumet d' abord l'armature métallique non enrobée à une flexion, puis on enrobe de béton au moins une fraction de la partie de l'armature soumise à traction par suite de la flexion, ensuite on maintient fléchie l'armature enrobée de béton pendant le durcisse- ment de celui-ci et enfin on supprime la cause de la flexion après durcisse- ment du béton.
<Desc/Clms Page number 2>
La flexion préalable de l'armature, qui peut''être avantageusement constituée par une poutrelle laminée, peut être effectuée de manière très simple par l'application d'une force en un point de l'armature compris en- tre les extrémités qui sont maintenues fixes ou, inversément, par l'applica- tion de forces aux extrémités de la poutre dont un point intermédiaire est maintenu fixe.
L'enrobage d'au moins une fraction de la partie de l'armature qui est soumise à la traction, après fléchissement, peut facilement être réalisé de manière convenable.
L'utilisation de poutrelles ou autres poutres métalliques rigides en tant qu'armatures de poutre en béton armé ordinaire est connue: c'est la charpente enrobée. Elle est cependant limitée dans ses possibilités par les considérations suivantes:
1 ) N'étant pas précomprimé, le béton ne peut suivre sans se fissu- rer les fibres tendues du métal dès que leur tension de traction dépasse en- viron 1.200 kg/cm2. Il en résulte l'impossibilité d'exploiter les propriétés des aciers spéciaux à haute limite élastique tels que, par exemple, l'acier ou chrôme-acier, généralement connu sous la dénommination d'acier A52,
dont la tension de sécurité est de 2.400 kg/cm2 et même celles des poutrelles ordi- naires que l'on pourrait faire travailler à 1.400 à 1.600 kg/cm2.
2 ) Même en ne dépassant pas la tension de 1.200 kg/cm2 dans l'ar- mature, l'on ne peut guère garantir le béton tendu contre l'apparition de fis- sures et des décollements (surtout sous l'effet d'effort dynamique répétés) d'autant plus que, généralement, les fibres de béton les plus exposées. sont aussi les plus difficiles à bétonner convenablement (sous les semelles infé- rieures des poutrelles).
Le procédé suivant l'invention évite ces inconvénients et permet de réaliser des constructions plus légères, plus économiques et aussi meil- leures (anti-fissure), par suite d'utilisation plus rationnelle de la matiè- re.
Il donne lieu, en outre, aux avantages suivants: ,
1 ) Il diminue les maxima, en valeur absolue, des tensions d'adhé- rence. La pré-flexion crée, en effet, des tensions d'adhérence de signe con- traire à celles provenant des charges.
2 ) Il augmente la raideur de l'ensemble grâce à la suppression. totale ou quasi totale des fibres fortement tendues du béton, très souvent mis en place dans des conditions défavorables.
3 ) Il diminue la fatigue des aciers dont les tensions extrêmes en fonction des charges mobiles sont plus rapprochées entre elles.
Il donne lieu avantageusement à un essai automatique de résis- tance de chaque armature, accompagné éventuellement d'un relèvement de la li- mite élastique par écrouissage.
5 ) Il fait également subir aux fibres pré-comprimées de béton un essai automatique lors du relâchement de la pré-flexion de l'armature.
@
6 ) Il permet de régler automatiquement la contre-flèche de la poutre en établissant un coffrage horizontal rectiligne pour le béton d'enro- bage à précomprimer. Il en résulte une épaisseur plus forte pour la croûte (la partie superficielle ne contenant pas d'armatures) vers les extrémités de la poutre que vers le milieu de celle-ci, à cause de la flèche de l'armatu- re soumise à préflexion.
7 ) Il permet de réaliser un effort de précontrainte continûment variable le long de l'axe de la poutre.
La simplification de l'outillage nécessaire à la réalisation du procédé suivant l'invention est encore fortement accrue quand, pour soumettre simultanément à pré-flexion les armatures de deux poutres, on fait servir l'une
<Desc/Clms Page number 3>
d'elles de bâti pour la préflexionde l'autre en disposant parallèlement les deux armatures et en les faisant fléchir en sens inverse l'une de l'au- tre dans le même plan de flexion par variation de la distance entre certains de leurs points pendant le maintien d'autres points à distance constante.
En particulier, on a intérêt à faire fléchir les armatures des deux poutres en écartant leurs milieux pendant qu'on empêche leurs extrémi- tés de s'écarter.
Dans ce cas, suivant une variante, après avoir réuni entre elles les extrémités correspondantes de deux armatures placées l'une le long de l'autre, il suffit de placer un vérin entre, les milieux'de ces armatures et de les écarter. Puis,quand la flexion voulue est réalisée;, on maintient' les milieux écartés l'un de l'autre par un ou deux poussards. Après quoi, on re- tire le vérin (ce qui permet de le faire servir pour une autre préflexion).
Lorsque le béton dont on a entretemps enrobé les parties tendues des arma- tures fléchies, a durci, on replace temporairement le vérin afin de pouvoir enlever le ou les poussards puis on réduit progressivement la longueur du vérin jusqu'à ce que les deux poutres aient retrouvé un état d'équilibre pro- venant de l'état de tension de l'armature et du béton.
Cette dernière intervention du vérin peut d'ailleurs être évitée si on utilise des poussards de longueur réglable dont on réduit progressive- ment la longueur quand on a décidé de supprimer la cause de la préflexion.
D'autres particularités et détaims de l'invention apparaîtront au cours de la description des dessins annexés au présent mémoire, qui représen- tent schématiquement, et à titre d'exemple seulement, différents stades de quelques variantes du procédé suivant l'invention.
La figure 1 représente schématiquement un premier stade du procé- dé suivant l'invention.
La figure 2 est une coupe transversale dans une poutre réalisée par le procédé suivant l'invention.
La figure 3 représente les lois de variation des tensions normales d'une section transversale de.l'armature dans différents stades (considérés isolément et superposés) de la réalisation d'une poutre suivant l'invention ainsi qu'après mise en service.
La figure 4 représente les lois de variation des tensions normales de la même section transversale qu'à la figure 3 des bétons précomprimé et non précomprimé.
Les figures 5 et 6 représentent, respectivement en coupe transver- sale et en coupe longitudinale, une partie de l'armature métallique de la fi- gure 2 dont on a augmenté l'adhérence avec le béton, par certains artifices.
La figure 7 est une vue en élévation schématique de la réalisation de l'application simultanée du procédé suivant l'invention à deux poutres.
Les figures 8 à 10 représentent chacune, de manière purement sché- matique, trois variantes de l'application simultanée du procédé suivant l'in- vention à deux poutres.
La figure 11 schématise en coupe transversale une variante du pro- cédé suivant l'invention à un stade qui suit celui de l'obtention du béton précontraint dans la poutre suivant la figure 2.
La figure 12 est une coupe transversale de la poutre finalement obtenue suivant la variante dont il est question à la figure 11.
Dans ces différentes figures, les mêmes notations de référence désignent des éléments identiques.
A la figure 1, on a représenté une. poutre 2 posée sur deux appuis 3 et soumise à une flexion simple sous l'action d'une effort P appliqué 'en son milieu. Cet effort est exercé, par exemple, à l'aide d'un vérin prenant appui contre un bâti fixe 4.
<Desc/Clms Page number 4>
La poutre 2, représentée à la figure 1, est supposée être une pou- trelle laminée en forme de I telle que celle représentée à la figure 2. Lors- que cette poutrelle est fléchie, comme représentée à la figure 1, son état de tension, dans la section du milieu par exemple, peut être schématisé par les lignes 5 et 6 de la figure 3 où les tensions de traction ont été repré- sentées à droite de la ligne verticale 5 et les tensions de compression à gauche de cette ligne.
La variation des tensions est donc représentée par une ligne obli- que 6 avec la ligne 5 comme ligne de repère.
Pendant que la poutrelle 2 est maintenue dans cet état de tension, on enrobe la plus grande partie de sa fraction soumise à des efforts de trac- tion au moyen de béton 7 (figure 2). La mise en place convenable de ce béton, même en dessous de la semelle inférieure de la poutrelle, peut être effectuée facilement surtout si l'on recourt à la vibration par le coffrage, par le bé- ton lui-même ou même par l'armature pré-fléchie.
L'armature est maintenue dans sa position fléchie pendant tout le temps que le béton 7 met à durcir. Lorsqu'on estime que ce durcissement est suffisant, on cesse de faire agir l'effort de la figure 1 agissant au milieu de la poutre. Cet effort n'est pas supprimé brusquement mais est réduit pro- gressivement, en quelques minutes par exemple.
On obtient, à ce moment, une poutre dont l'armature métallique 2 et le béton 7 présentent des états de tension représentés par les diagrammes limités entre les lignes 5 et 8 à la figure 3 pour l'armature métallique 2 et par les lignes 5 et 9 à la figure 4 pour le béton. Comme on le comprend aisé- ment,la tendance de la poutrelle 2 à revenir dans son état de tension nulle qui était celui d'avant son fléchissement suivant la figure 1, est contrariée par le béton 7 qui enrobe la partie inférieure de cette poutrelle.
L'adhéren- ce du béton à la poutrelle a comme effet de laisser, après suppression de la force P, des états de tension permanents favorables aussi bien dans le béton que dans l'acier. La ligne 10 avec le repère 5 (figure 3) représente les ten- sions du métal dues à la seule opération de suppression de la force P. La su- perposition de ces tensions à celles que représente la ligne 6, donne les ten- sions résultantes représentées par la ligne 8, avec toujours la ligne 5 comme repère.
On enrobe ensuite le béton frais Il (figure 2) la partie de la poutrelle 2 non encore enrobée. A ce moment, le béton frais n'intervient pas encore dans la résistance de la poutre mais il charge de tout son poids mort l'armature métallique 2 et le béton précomprimé. Ce poids mort crée dans l'ar- mature métallique un état de tension supplémentaire qui, s'il était seul, se- rait représenté par le diagramme 12 à la figure 3. Ce diagramme doit être su- perposé au diagramme 8 pour obtenir l'état de tension résultant dans l'arma- ture. Cet état de tension est représenté par le diagramme 13.
Quant à l'état de tension dans le béton précomprimé, résultant du poids mort du béton sans tension, il est représenté par le diagramme 14 à la figure 4. L'état de tension réel résulte de la superposition des diagrammes
9 et 14 et donne lieu au diagramme 15.
Lorsque le béton supérieur 11 a également durci, il peut coopérer avec l'armature 2 et le béton précomprimé 7, à la résistance aux sollicitations résultant de la mise en service.
La charge en service donne, par exemple, lieu à des états de ten- sion dans l'armature et dans les bétons représentés respectivement par le dia- gramme 16 à la figure 3 et par le diagramme 17 à la figure 4. La superposi- tion des diagrammes 13 et 16 et celle des diagrammes 15 et 17 donne lieu res- pectivement aux diagrammes 18 et 19.
En pratique, on a intérêt à soumettre l'armature métallique, au cours de son fléchissement initial à une tension de traction supérieure à celle à laquelle elle pourra être soumise en service.
<Desc/Clms Page number 5>
On a même intérêt à soumettre momentanément l'armature, par sa flexion, à une tension de traction supérieure à sa limite élastique originel- le. Le métal de l'armature subit ainsi un écroùissage qui relève sa limite élastique.
Si on craint que l'adhérence entre le béton 7 et l'armature métal- lique 2 soit insuffisante, on munit l'armature de saillies qui augmentent cette adhérence.
A la figure 5, on a représenté, dans l'aile de droite de la semelle inférieure de l'armature, des saillies 20 qui ont été obtenues par relèvement d'une partie du métal constituant la semelle. L'aile de gauche de cette se- melle est pourvue de plaquettes 21 maintenues en place par des boulons 22.
Les saillies 20 peuvent aussi être réalisées par des additions de métal à la semelle de 1-'armature.
A la figure 7, on a schématisé l'application du procédé suivant l'invention à Inexécution simultanée de deux poutres dont les armatures mé- talliques ont leurs extrémités'reliées entre elles par des tirants 23 consti- tués, par exemple, par des fers plats, Les semelles 24 de ces deux poutres ont été découpées à leurs extrémités pour faciliter la mise en place des fers plats 23 qui sont attachés temporairement aux âmes des poutrelles 2 au moyen de boulons engagés dans les trous 25 pratiqués dans les fers plats 23 et les âmes des poutrelles 2.
Pendant que les extrémités des deux poutres sont ainsi empêchées de s'écarter, on écarte les milieux de ces poutres à l'aide d'un vérin 26 et on les maintient dans cet état à l'aide de poussards 27. Si on ju- ge que cela en vaut la peine, on soulève à présent simultanément et légèrement, les milieux des deux poutrelles en intercalant à nouveau un vérin 30 entre le sol 29 et la poutrelle inférieure et on libère le vérin 30 par des poussards 31. Cette opération pourrait avoir pour but de corriger l'effet provenant du poids propre des poutrelles 2 et des poussards 27 et d'égaliser rigoureusement les flèches ou les moments fléchissants des deux poutrelles.
Lorsqu'on décide de supprimer la flexion parce que le béton à suf- fisamment durci autour des parties tendues des poutrelles, le vérin 16 qui a été enlevé après placement des poussards 27 est remis en place afin de faci- liter 1.'.enlèvement des poussards par un léger écartement supplémentaire des mi- lieux des poutres en fabrication. On réduit ensuite progressivement la longueur du vérin entre poutres jusqu'à ce que celles-ci aient repris une forme en équilibre.
Si les poussards 27 étaient de longueur réglable, on pourrait évi- demment se* dispenser de remettre le vérin 26 en place pour laisser revenir progressivement la poutre dans son nouvel état d'équilibre puisqu'il suffi- rait de réduire la longueur des vérins.
A la figure 8, on a schématisé l'exécution d'une variante de ce pro- cédé dans laquelle 'les milieux des poutres sont maintenus à distance constante l'un de ,l'autre tandis que les extrémités sont rapprochées l'une de l'autre,
Dans la variante de la .figure 9, les milieux des poutres sont main- tenus à distance constante tandis que leurs extrémités sont écartées l'une de l'autre.
A la figure 10, les extrémités sont maintenues à distance constante l'une de l'autre tandis que les milieux sont rapprochés l'un de l'autre.
Comme on le comprend aisément, ces trois variantes du procédé sui- vant l'invention applicable à la pré-flexion simultanée des armatures de deux poutres réalisées suivant l'invention sont, en général, moins avantageuses que les variantes représentées à la figure 1.
A la figure 11, on a représenté un stade intermédiaire d'une poutre fabriquée par le procédé suivant l'invention, Après durcissement du béton 7 et suppression de la force P, on enlève par découpage une partie de l'armature 2 qui émerge du béton 7. Après cet enlèvement, une quantité-supplémentaire de béton 11 est rendue solidaire du béton 7 déjà sous compression grâce à des
<Desc/Clms Page number 6>
barres d'attente 28, de façon à former, par exemple, une poutre telle que cel- le représentée à la figure 12.
On peut évidemment employer comme poutre à soumettre à une pré-fle- xion, une poutre démontable dont la partie non enrobée dans le béton précom- primé est alors enlevée sans découpage et peut être réutilisée pour la pré- flexion d'autres armatures.
L'invention a également comme objet des poutres en béton armé com- prenant une armature métallique pré-fléchie et du béton pré-comprimé ainsi qu'une poutre de ce genre comprenant en outre du béton non pré-comprimé.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limnitée aux formes d'exécution représentées et que bien des modifications peuvent être apportées dans la forme, 'la disposition et la constitution de certains des éléments intervenant dans sa réalisation, à condition que ces modifications ne soient pas en contradiction avec l'objet de chacune des revendications suivan- tes.
Il va de soi, par exemple, que le procédé suivant l'invention ne se limite pas à des poutres simples sur deux appuis mais qu'il est également applicable à des consoles, à des poutres continues à travées multiples, à des portiques, etc.
REVENDICATIONS.
1. - Procédé de réalisation d'une poutre constituée d'une armature métallique pré-sollicitée enrobée dans du béton pré-comprimé, c a r a c t é r - risé en ce qu' on soumet l'armature métallique non enrobée à une flexion, en ce qu'on enrobe de béton au moins une fraction de la partie de l'armature soumise à traction par suite de la flexion, en ce qu' on maintient fléchie; l'armature enrobée de béton pendant le durcissement de celui-ci et en ce qu'on supprime la cause de la flexion après durcissement du béton.